地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEO SAR)是一种运行在具有一定轨道倾角的地球同步轨道上的雷达系统。由于其超高的轨道高度,超长的合成孔径时间以及超大的测绘带宽,使其具有许多低轨SAR所不能比拟的优势。随着SAR领域技术的发展,低轨SAR已不能满足人们对长观测时间,大测绘带,短重访周期的要求,使得地球同步轨道SAR逐渐成为SAR领域研究的一个热点。类似于其他的星载SAR系统,地球同步轨道SAR系统中,最核心的问题之一就是成像问题。本文围绕这一问题,及其所衍生出的一系列问题,通过理论分析推导和试验仿真验证两种途径相结合的方法展开研究,主要研究内容有:分析了地球同步轨道SAR与成像密切相关的系统性能,主要有地球同步轨道SAR的星下点轨迹、地球同步轨道SAR多普勒历程和偏航导引问题、地球同步轨道SAR合成孔径时间和方位分辨率。通过分析与仿真验证得出了若干与成像相关的规律与结论,在此基础上对地球同步轨道SAR有了整体性的认识。对几种常见的高精度距离史模型进行了对比分析,综合考虑成像精度与算法实现的难易度,选择了泰勒展开模型作为地球同步轨道SAR成像的距离史模型。为深入了解泰勒展开模型的特点及对成像的影响,对其各阶项相位误差对脉冲响应的影响进行了分析及仿真。进一步在地球同步轨道SAR系统的参数体系下,分析了模型相位误差随轨道根数的变化规律,并通过基于级数反演的单点成像方法进行了仿真验证。针对地球同步轨道SAR快速成像、广域成像、长合成孔径时间成像要求,提出了三种新的成像算法:SS-RD算法,RD-ACS算法和RD-3ACS算法。给出了详细的建模推导过程,并着重就成像中存在的严重的方位时变和距离空变进行分析和补偿。在此基础上,结合星载SAR仿真系统(SBRAS),对成像算法进行了仿真,从而证明了三种算法的有效性。对地球同步轨道SAR系统中存在的误差进行了分析:分析了频率源稳定度的影响,并提出了此方面系统设计的指标要求;对电离层对成像的影响进行了分析与仿真;对卫星姿态的变化进行了建模,分析了其对成像的影响,提出了相应的补偿方法,并对此方法进行了仿真验证。